TWI529208B - 熱硬化性樹脂組成物及顯示裝置 - Google Patents

熱硬化性樹脂組成物及顯示裝置 Download PDF

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Description

熱硬化性樹脂組成物及顯示裝置
本發明係有關熱硬化性樹脂組成物及顯示裝置。
備有薄膜電晶體(TFT:Thin Film Transistor)之活性基塊驅動型之液晶顯示裝置、有機EL(Electro-Luminescence)元件與其所接連之備有薄膜電晶體之活性基塊驅動型之有機EL顯示裝置等的顯示裝置中,設有形成圖型之電極保護膜、平坦化膜、絕緣膜等。形成此等膜之材料一般為使用感光性樹脂組成物,其中又以得到一定圖型形狀之步驟數較少且具有優良透明性之物被廣泛使用。
又,上述電極保護膜、平坦化膜及絕緣膜要求具有顯示裝置所需之諸性能。具體為,具有優良之耐熱性、耐溶劑性、耐轉熔性及耐金屬濺鍍性等之耐作業性、良好之與底層之密合性、可以配合使用目的之各種作業條件形成圖型之較廣的作業界限、對光之高敏感度及高透明性,以及可減少顯像後之膜斑。因此先前係廣泛使用丙烯酸樹脂。
又,先前之顯示裝置係使用玻璃基板。但相對於顯示裝置除了要求輕量化、薄型化、大型化、曲面顯示等以外,也提高要求行動機器之高耐久性等。因此檢討取代玻璃基板之由聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚醚碸、聚碳酸酯及聚醯亞胺等之塑料形成之樹脂基板的實用化。適用樹脂基板而得具有撓性之顯示器時,就提高機械強度觀點,而對電極保護膜、平坦化膜及絕緣膜要求具有高硬度。又,樹脂基板之耐熱性較低,因此要求形成於樹脂基板上之膜可以更低溫度之作業條件硬化。
專利文獻1曾揭示,具有羧基與環氧基之丙烯酸樹脂。但該類具有與環氧基之交聯系之丙烯酸樹脂難得到充分硬度。
專利文獻2曾提案,添加以多官能丙烯酸基單體與丙烯醯基修飾之矽倍半氧烷進行高硬度化。但該構成中預熱後有壓痕而不實用,又,硬化條件需為光硬化。
專利文獻3曾提示,由含有丙烯醯基之矽倍半氧烷、含有羧基之丙烯酸酯化合物或低聚物、丙烯酸酯化合物及光聚合引發劑形成之負型感光性樹脂組成物。但既使該構成也無法得到高硬度之膜。
先前技術文獻
專利文獻1:專利第3321858號公報
專利文獻2:特開平6-56948號公報
專利文獻3:特開平10-161315號公報
本發明係鑑於上述問題而發明之物。即,本發明之目的為,提供藉由硬化可形成符合相對於電極保護膜、平坦化膜及絕緣膜之基本要求之性能,且低溫下備有較高硬度之膜之熱硬化性樹脂組成物。又,本發明之目的為,提供機械強度優良之顯示裝置。
本發明之熱硬化性樹脂組成物為,含有
(A):持有末端具有不飽和鍵之支鏈之丙烯酸基聚合物、
(B):酸或熱酸發生劑
(C):矽倍半氧烷
(D):具有2個以上直接鍵結於苯環之乙烯基之化合物、
(E):溶劑。
(A)之丙烯酸基聚合物中,支鏈之末端較佳為丙烯醯基、甲基丙烯醯基、乙烯基苯基或異丙烯基苯基。
(B)之酸或熱酸發生劑之含量,相對於(A)之丙烯酸基聚合物100質量份較佳為0.1至30質量份。
(C)之矽倍半氧烷之含量,相對於(A)之丙烯酸基聚合物100質量份較佳為5至100質量份。
具有2個以上直接鍵結於苯環之乙烯基之化合物的含量,相對於(A)之丙烯酸基聚合物100質量份較佳為1至50質量份。
本發明之顯示裝置之特徵為,具有將本發明之熱硬化性樹脂組成物硬化而得之膜。
本發明可提供,藉由硬化可形成符合相對於電極保護膜、平坦化膜及絕緣膜之基本要求之性能,且低溫下備有高硬度之膜之熱硬化性樹脂組成物。又可提供,藉由備有由該熱硬化性樹脂組成物而得之硬化膜,使機械強度優良之高品質之顯示裝置。
實施發明之形態
本發明之實施形態之熱硬化性樹脂組成物係由,下述(A)成分、(B)成分、(C)成分及(D)成分溶解於(E)成分之溶劑中而構成。
(A)成分:持有末端具有不飽和鍵之支鏈之丙烯酸基聚合物
(B)成分:酸或熱酸發生劑
(C)成分:矽倍半氧烷
(D)成分:本身之分子構造內具有苯環構造,且具有2個以上直接鍵結於該苯環之乙烯基之化合物
下面將詳細說明各成分。
<(A)成分>
(A)成分為,持有末端具有不飽和鍵之支鏈之丙烯酸基聚合物。更具體為,持有碳原子數3至16之末端具有不飽和鍵之支鏈(以下稱為特定支鏈),為鹼可溶性之丙烯酸基聚合物。又為聚苯乙烯換算數平均分子量(以下稱為數平均分子量)2,000至50,000之丙烯酸基聚合物。
本發明中,丙烯酸基聚合物係指,丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯及具有苯乙烯等之不飽和雙鍵之單體單獨聚合或共聚合而得之聚合物、(A)成分之丙烯酸基聚合物可為具有該類構造之丙烯酸基聚合物,又構成丙烯酸基聚合物之高分子之主鏈的骨架及支鏈之種類等無特別限定。
但(A)成分之丙烯酸基聚合物為數平均分子量超過50,000之過大之物時,會降低相對於段差之平坦化性能。又,數平均分子量未達2,000之過小之物時,會因熱硬化時之硬化不足而降低耐溶劑性。因此,(A)成分之丙烯酸基聚合物更佳為,數平均分子量2,000至50,000之物。又以上述特定支鏈所含之不飽和雙鍵每1 mol當量之,(A)成分之丙烯酸基聚合物為200至1,300g當量更佳。
(A)成分之特定支鏈較佳為,碳原子數3至16之末端具有不飽和鍵之物,特佳為式(1)所表示之特定支鏈。式(1)所表示之特定支鏈為,如式(1-1)所示,鍵結於丙烯酸基聚合物之酯鍵部分之物。
式(1)中,R1為碳原子數1至10之脂肪族基、含有環式構造之碳原子數3至14之脂肪族基及碳原子數6至14之芳香族基所成群中所選出之有機基,或所成群中所選出之複數有機基之組合形成的有機基。R1可含有酯鍵、醚鍵、醯胺鍵及胺基甲酸酯鍵等。R2為氫原子或甲基。
R1之具體例如下述式(A-1)至式(A-11)等。又,式(A-1)至式(A-11)中,全部右側之末端為鍵結於雙鍵之側。
式(1)較佳為,R2為氫原子之特定支鏈,更佳為,末端為丙烯醯基、甲基丙烯醯基、乙烯基苯基或異丙烯基苯基之特定支鏈。又,式(1)所表示之特定支鏈所含之不飽和雙鍵,相對於(A)成分之丙烯酸基聚合物200至1,300g當量之含量特佳為1 mol當量。
製造具有上述般特定支鏈之丙烯酸基聚合物之方法無特別限定。例如,首先利用自由基聚合等之聚合方法,生成具有特定官能基之丙烯酸基聚合物。其次使該特定官能基,與末端具有不飽和鍵之化合物(以下稱為特定化合物)反應生成特定支鏈,可得(A)成分之丙烯酸基聚合物。
此時之特定官能基係指,羧基、縮水甘油基、羥基、具有活性氫之胺基、酚性羥基或異氰酸酯基等之官能基,或此等之中所選出之複數官能基。又,特定化合物如,縮水甘油基甲基丙烯酸酯、縮水甘油基丙烯酸酯、異氰酸酯乙基甲基丙烯酸酯、異氰酸酯乙基丙烯酸酯、甲基丙烯酸氯化物、丙烯酸氯化物、甲基丙烯酸、丙烯酸、m-四甲基二甲苯二異氰酸酯、α,α-二甲基m-異丙烯基苄基異氰酸酯、烯丙基縮水甘油醚、乙烯基環氧乙烯、乙烯基環己烯氧化物、溴苯乙烯或氯苯乙烯等。
由此而得之丙烯酸基聚合物中,較佳構造之一例如,具有式(2)所表示之構成單位之丙烯酸基聚合物。
式(2)中,R1如前述式(1)之定義為碳原子數1至10之脂肪族基、含有環式構造之碳原子數3至14之脂肪族基及碳原子數6至14之芳香族基所成群中所選出之有機基,或此群中所選出之複數有機基之組合形成的有機基。R1可含有酯鍵、醚鍵、醯胺鍵或胺基甲酸酯鍵。又,R3為氫原子或甲基。
生成上述特定支鏈之反應中,特定官能基與特定化合物所具有之官能基中有關反應之基的較佳組合為,羧基與環氧基、羥基與異氰酸酯基、酚性羥基與環氧基、羧基與異氰酸酯基、胺基與異氰酸酯基,或羥基與酸氯化物等。更佳之組合為,羧基與縮水甘油基甲基丙烯酸酯,或羥基與異氰酸酯乙基甲基丙烯酸酯。
又,生成上述特定支鏈之反應中,具有特定官能基之丙烯酸基聚合物為,以具有與特定化合物反應用之官能基(特定官能基)之單體,即,具有羧基、縮水甘油基、羥基、具有活性氫之胺基、酚性羥基或異氰酸酯基等之單體為必須成分而得之共聚物中,數平均分子量為2,000至25,000之物。此時聚合用具有特定官能基之單體可單獨,或聚合中不會起反應之組合之複數種併用。
下面為製造具有特定官能基之丙烯酸基聚合物時,必要之單體,即,具有特定官能基之單體之具體例。但非限定於此等。
具有羧基之單體如,丙烯酸、甲基丙烯酸、巴豆酸、單-(2-(丙烯醯氧基)乙基)酞酸酯、單-(2-(甲基丙烯醯氧基)乙基)酞酸酯、N-(羧基苯基)馬來醯亞胺、N-(羧基苯基)甲基丙烯醯胺及N-(羧基苯基)丙烯醯胺等。
具有縮水甘油基之單體如,縮水甘油基甲基丙烯酸酯、縮水甘油基丙烯酸酯、烯丙基縮水甘油醚、3-乙烯基-7-氧雜二環[4.1.0]庚烷、1,2-環氧-5-己烯及1,7-辛二烯單環氧化物等。
具有羥基之單體如,2-羥基乙基丙烯酸酯、2-羥基乙基甲基丙烯酸酯、2-羥基丙基丙烯酸酯、2-羥基丙基甲基丙烯酸酯、4-羥基丁基丙烯酸酯、4-羥基丁基甲基丙烯酸酯、2,3-二羥基丙基丙烯酸酯、2,3-二羥基丙基甲基丙烯酸酯、二乙二醇單丙烯酸酯、二乙二醇單甲基丙烯酸酯、己內酯2-(丙烯醯氧基)乙基酯、己內酯2-(甲基丙烯醯氧基)乙基酯、聚(乙二醇)乙基醚丙烯酸酯、聚(乙二醇)乙基醚甲基丙烯酸酯、5-丙烯醯氧基-6-羥基降莰烯-2-羧基-6-內酯及5-甲基丙烯醯氧基-6-羥基降莰烯-2-羧基-6-內酯等。
具有含活性氫之胺基之單體如,2-胺基乙基丙烯酸酯及2-胺基甲基甲基丙烯酸酯等。
具有酚性羥基之單體如,羥基苯乙烯、N-(羥基苯基)丙烯醯胺、N-(羥基苯基)甲基丙烯醯胺及N-(羥基苯基)馬來醯亞胺等。
具有異氰酸酯基之單體如,丙烯醯基乙基異氰酸酯、甲基丙烯醯基乙基異氰酸酯及m-四甲基二甲苯二異氰酸酯等。
本發明之實施形態中,製造具有特定官能基之丙烯酸基聚合物時,可併用能與具有特定官能基之單體共聚合之,具有非反應性官能基之單體。
具有非反應性官能基之單體如,丙烯酸酯化合物、甲基丙烯酸酯化合物、馬來醯亞胺化合物、丙烯腈、馬來酸酐、苯乙烯化合物及乙烯基化合物等。下面為具有非反應性官能基之單體之具體例,但非限定於此等。
丙烯酸酯化合物如,甲基丙烯酸酯、乙基丙烯酸酯、異丙基丙烯酸酯、苄基丙烯酸酯、萘基丙烯酸酯、蒽基丙烯酸酯、蒽基甲基丙烯酸酯、苯基丙烯酸酯、2,2,2-三氟乙基丙烯酸酯、tert-丁基丙烯酸酯、環己基丙烯酸酯、異冰片基丙烯酸酯、2-甲氧基乙基丙烯酸酯、甲氧基三乙二醇丙烯酸酯、2-乙氧基乙基丙烯酸酯、四氫糠基丙烯酸酯、3-甲氧基丁基丙烯酸酯、2-甲氧基-2-金剛基丙烯酸酯、γ-丁內酯丙烯酸酯、二環戊烷基丙烯酸酯、2-丙基-2-金剛基丙烯酸酯、8-甲基-8-三環癸基丙烯酸酯及8-乙基-8-三環癸基丙烯酸酯等。
甲基丙烯酸酯化合物如,甲基甲基丙烯酸酯、乙基甲基丙烯酸酯、異丙基甲基丙烯酸酯、苄基甲基丙烯酸酯、萘基甲基丙烯酸酯、蒽基甲基丙烯酸酯、蒽基甲基甲基丙烯酸酯、苯基甲基丙烯酸酯、2,2,2-三氟乙基甲基丙烯酸酯、tert-丁基甲基丙烯酸酯、環己基甲基丙烯酸酯、異冰片基甲基丙烯酸酯、2-甲氧基乙基甲基丙烯酸酯、甲氧基三乙二醇甲基丙烯酸酯、2-乙氧基乙基甲基丙烯酸酯、四氫糠基甲基丙烯酸酯、3-甲氧基丁基甲基丙烯酸酯、2-甲基-2-金剛基甲基丙烯酸酯、γ-丁內酯甲基丙烯酸酯、二環戊烷基甲基丙烯酸酯、2-丙基-2-金剛基甲基丙烯酸酯、8-甲基-8-三環癸基甲基丙烯酸酯及8-乙基-8-三環癸基甲基丙烯酸酯等。
乙烯基化合物如,甲基乙烯醚、苄基乙烯醚、乙烯基萘、乙烯基蒽、乙烯基聯苯、乙烯基咔唑、2-羥基乙基乙烯醚、苯基乙烯醚及丙基乙烯醚等。
苯乙烯化合物如,苯乙烯、甲基苯乙烯、氯苯乙烯及溴苯乙烯等。
馬來醯亞胺化合物如,馬來醯亞胺、N-甲基馬來醯亞胺、N-苯基馬來醯亞胺及N-環己基馬來醯亞胺等。
本發明之實施形態中,製造具有特定官能基之丙烯酸基聚合物之方法無特別限定。一例如,於共存具有特定官能基之單體,其他具有可共聚合之非反應性官能基之單體,與所希望之聚合引發劑等之溶劑中,藉由50至110℃之溫度下聚合反應而得。此時所使用之溶劑可為,能溶解有關反應之單體及聚合引發劑之物無特別限定。具體例如後述(E)成分之溶劑所記載之物。
上述所得之具有特定官能基之丙烯酸基聚合物一般為,溶解於溶劑之溶液狀態。
藉由所得之具有特定官能基之丙烯酸基聚合物與特定化合物反應,可得(A)成分之丙烯酸基聚合物(以下稱為特定共聚物)。又,此時一般係使用具有特定官能基之丙烯酸基聚合物溶液,與特定化合物進行反應。
具體例如,將縮水甘油基甲基丙烯酸酯加入具有羧基之丙烯酸基聚合物溶液中,存在苄基三乙基銨氯化物等之觸媒下,以80至150℃之溫度進行反應,可得特定共聚物。此時所使用之溶劑可為,能溶解構成特定共聚物之單體與特定共聚物之物無特別限定。具體例如,後述(E)成分之溶劑所記載之物。
上述所得之特定共聚物一般為,溶解於溶劑之溶液狀態。
又,具有特定官能基之丙烯酸基聚合物與特定化合物之反應中,特定官能基與特定化合物所具有之官能基之組合為羧基與縮水甘油基時,所生成之羥基可與二羧酸酐反應。藉此可提升最終所得之特定共聚物之親水性,因此使用於熱硬化性樹脂組成物時可得良好之塗布性及溶解性。
該類二羧酸酐如,酞酸酐、偏苯三酸酐、萘二羧酸酐、1,2-環己烷二羧酸酐、4-甲基-1,2-環己烷二羧酸酐、4-苯基-1,2-環己烷二羧酸酐、甲基-5-降莰烯-2,3-二羧酸酐、四氫酞酸酐、甲基四氫酞酸酐、二環[2.2.2]辛烯-2,3-二羧酸酐。
攪拌二乙基醚或水等的同時投入特定共聚物溶液使其再沈澱、過濾、洗淨所生成之沈澱物後,常壓或減壓下以常溫或加熱乾燥,可得特定共聚物之粉體。藉由該類操作可去除與特定共聚物共存之聚合引發劑及未反應單體,結果可得精製之特定共聚物粉體。又,一次操作無法充分精製時,可將所得粉體再溶解於溶劑中,重覆上述操作。本發明之實施形態中,可直接使用特定共聚物粉體,或使用特定共聚物粉末再溶解於後述之(E)成分之溶劑之溶液狀態。又,本發明之實施形態中,(A)成分之丙烯酸基聚合物可為複數種特定共聚物之混合物。
<B成分>
本發明之實施形態之熱硬化性樹脂組成物為,含有下面所說明之(B)成分而構成。(B)成分為酸或熱酸發生劑。
本發明之實施形態之熱硬化性樹脂組成物所使用的酸種類無特別限定,但較佳為使用磺酸類。磺酸類之具體例如,p-甲苯磺酸、n-丙基磺酸、莰磺酸、三氟甲烷磺酸及n-辛烷磺酸等。
本發明之實施形態之熱硬化性樹脂組成物所使用的熱酸發生劑可為,後熱時熱分解而發生酸之化合物,具體上為以150至250℃熱分解而發生酸之化合物無特別限定。該類化合物如,雙(甲苯磺醯氧基)丙烷、雙(甲苯磺醯氧基)丁烷、p-硝基苄基甲苯磺酸酯、o-硝基苄基甲苯磺酸酯、1,2,3-伸苯基三(甲基磺酸酯)、p-甲苯磺酸吡啶鎓鹽、p-甲苯磺酸嗎啉鎓鹽、p-甲苯磺酸乙基酯、p-甲苯磺酸丙基酯、p-甲苯磺酸丁基酯、p-甲苯磺酸異丁基酯、p-甲苯磺酸甲基酯、p-甲苯磺酸苯乙基酯、氰基甲基-p-甲苯磺酸酯、2,2,2-三氟乙基p-甲苯磺酸酯、2-羥基丁基p-甲苯磺酸酯、N-乙基-4-甲苯磺胺、二苯基碘鎓氯化物、二苯基碘鎓三氟甲烷磺酸酯、二苯基碘鎓甲磺酸鹽、二苯基碘鎓甲苯磺酸鹽、二苯基碘鎓溴化物、二苯基碘鎓四氟硼酸鹽、二苯基碘鎓六氟銻酸鹽、二苯基碘鎓六氟砷酸鹽、雙(p-tert-丁基苯基)碘鎓六氟磷酸鹽、雙(p-tert-丁基苯基)碘鎓甲磺酸鹽、雙(p-tert-丁基苯基)碘鎓甲苯磺酸鹽、雙(p-tert-丁基苯基)碘鎓三氟甲烷磺酸鹽、雙(p-tert-丁基苯基)碘鎓四氟硼酸鹽、雙(p-tert-丁基苯基)碘鎓氯化物、雙(p-氯苯基)碘鎓氯化物、雙(p-氯苯基)碘鎓四氟硼酸鹽、三苯基硫鎓氯化物、三苯基硫鎓溴化物、三(p-甲氧基苯基)硫鎓四氟硼酸鹽、三(p-甲氧基苯基)硫鎓六氟硼酸鹽、三(p-乙氧基苯基)硫鎓四氟硼酸鹽、三苯基鏻氯化物、三苯基鏻溴化物、三苯基硫鎓三氟甲烷磺酸鹽、三(p-甲氧基苯基)鏻四氟硼酸鹽、三(p-甲氧基苯基)鏻六氟膦酸鹽及三(p-乙氧基苯基)鏻四氟硼酸鹽等。
又如下述式(5)至式(76)所表示之化合物。
此等酸或熱酸發生劑中,就不影響透明性且易提升熱硬化性之觀點較佳為磺酸類之熱酸發生劑。
本發明之實施形態之熱硬化性樹脂組成物中,(B)成分之含量相對於(A)成分之100質量份較佳為0.1至30質量份,又以0.5至20質量份為佳,更佳為1至10質量份。未達0.1質量份時會減緩熱硬化速度,而降低使用熱硬化性樹脂組成物形成之硬化膜之鉛筆硬度。又,超過30質量份時會降低溶液之保存安定性。
<(C)成分>
本發明之實施形態之熱硬化性樹脂組成物為,含有下面所說明之(C)成分而構成。(C)成分為矽倍半氧烷中,以[(RSiO3/2)n]所表示之聚矽氧烷。(C)成分之構造為無規構造、梯子型構造、完全筐型構造或不完全筐型構造中任何一種,無特別限定。又,(C)成分可為單獨或二種以上組合形成之矽倍半氧烷。
矽倍半氧烷一般係藉由水解三烷氧基矽烷之溶胶凝膠法製造。變更原料用之三烷氧基矽烷之種類,可得性質不同之矽倍半氧烷。三烷氧基矽烷之具體例如,甲基三甲氧基矽烷、甲基三乙氧基矽烷、乙基三甲氧基矽烷、乙基三乙氧基矽烷、3-胺基丙基三乙氧基矽烷、3-胺基丙基三甲氧基矽烷、3-(2-胺基乙基)三甲氧基矽烷、3-脲基丙基三乙氧基矽烷、3-環氧丙氧基丙基三甲氧基矽烷、3-環氧丙氧基丙基三乙氧基矽烷、2-(3,4-環氧環己基)乙基三甲氧基矽烷、乙烯基三甲氧基矽烷、乙烯基三乙氧基矽烷、烯丙基三甲氧基矽烷、3-甲基丙烯氧基丙基三甲氧基矽烷、3-丙烯氧基丙基三甲氧基矽烷、3-巰基丙基三甲氧基矽烷、3-巰基丙基三乙氧基矽烷、苯基三甲氧基矽烷、三氟丙基三甲氧基矽烷、異丁基三甲氧基矽烷、n-己基三甲氧基矽烷及n-己基三乙氧基矽烷等。此等三烷氧基矽烷可單獨使用,或2種以上併用。其中就熱硬化時與(A)成分反應之觀點較佳為,可使用3-環氧丙氧基丙基三甲氧基矽烷、3-環氧丙氧基丙基三乙氧基矽烷、2-(3,4-環氧基環己基)乙基三甲氧基矽烷、3-甲基丙烯氧基丙基三甲氧基矽烷及3-丙烯氧基丙基三甲氧基矽烷之矽倍半氧烷。
本發明之實施形態之熱硬化性樹脂組成物中,(C)成分之含量相對於(A)成分100質量份較佳為5至100質量份,又以10至80質量份為佳,更佳為15至60質量份。未達5質量份時會降低使用熱硬化性樹脂組成物形成之硬化膜之硬度,超過100質量份時預熱後之塗膜會發生壓痕。
<(D)成分>
本發明之實施形態之熱硬化性樹脂組成物為,含有下面所說明之(D)成分而構成。(D)成分為,具有2個以上直接鍵結於苯環之乙烯基之化合物。將(D)成分之化合物加入本發明之實施形態之熱硬化性樹脂組成物時,可提升與(A)成分之熱硬化性,而提高硬度。具有2個以上直接鍵結於苯環之乙烯基之化合物的具體例如,o-二乙烯基苯、m-二乙烯基苯、p-二乙烯基苯、4,4’-二乙烯基聯苯、Tris-(4-乙烯基苯基)甲烷及4,4’-氧基雙(乙烯基苯)等。(D)成分之具有2個以上直接鍵結於苯環之乙烯基之化合物可單獨或2種以上組合使用。
本發明之實施形態之熱硬化性樹脂組成物中,(D)成分之含量相對於(A)成分100質量份較佳為1至50質量份,又以3至30質量份為佳,更佳為5至20質量份。未達1質量份時會降低使用熱硬化性樹脂組成物形成之硬化膜之鉛筆硬度。又,超過40質量份時預熱後之塗膜會發生壓痕。
<(E)溶劑>
本發明之實施形態之熱硬化性樹脂組成物為,含有下面所說明之(E)成分而構成。該熱硬化性樹脂組成物所使用之(E)成分之溶劑為,能溶解(A)成分、(B)成分、(C)成分及(D)成分,且能溶解依所希望而添加之後述(F)成分及(G)成分以及其他成分等之物。其可為具有該溶解能之溶劑,其種類及構造等無特別限定。
本發明之實施形態之熱硬化性樹脂組成物中,(E)成分之溶劑較佳如,乙二醇單甲基醚、乙二醇單乙基醚、甲基溶纖劑乙酸酯、乙基溶纖劑乙酸酯、二乙二醇單甲基醚、二乙二醇單乙基醚、丙二醇、丙二醇單甲基醚、丙二醇單甲基醚乙酸酯、丙二醇丙基醚、丙二醇丙基醚乙酸酯、甲苯、二甲苯、甲基乙基酮、環戊酮、環己酮、2-庚酮、3-甲基-2-戊酮、2-戊酮、2-庚酮、γ-丁內酯、2-羥基丙酸乙酯、2-羥基-2-甲基丙酸乙酯、乙氧基乙酸乙酯、羥基乙酸乙酯、2-羥基-3-甲基丁酸甲酯、3-甲氧基丙酸甲酯、3-甲氧基丙酸乙酯、3-乙氧基丙酸乙酯、3-乙氧基丙酸甲酯、丙酮酸甲酯、丙酮酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乳酸乙酯、乳酸丁酯、N,N-二甲基甲醯胺、N,N-二甲基乙醯胺及N-甲基吡咯烷酮等。
成分(E)之溶劑就塗膜性良好且安全性高之觀點較佳為丙二醇單甲基醚、丙二醇單甲基醚乙酸酯、2-庚酮、丙二醇丙基醚、丙二醇丙基醚乙酸酯、乳酸乙酯及乳酸丁酯等。此等一般係作為光阻材料用之溶劑用。
<(F)成分>
本發明之實施形態之熱硬化性樹脂組成物為,如上述係由(A)成分、(B)成分、(C)成分及(D)成分溶解於(E)成分而構成,但可含有其他各自如下述說明之(F)成分及(G)成分。
(F)成分為密合促進劑。使用密合促進劑可提升使用熱硬化性樹脂組成物形成之硬化膜與顯像後之基板的密合性。
密合促進劑之具體例如,三甲基氯矽烷、二甲基乙烯基氯矽烷、甲基二苯基氯矽烷、氯甲基二甲基氯矽烷等之氯矽烷類、三甲基甲氧基矽烷、二甲基二乙氧基矽烷、二甲基二甲氧基矽烷、二甲基乙烯基乙氧基矽烷、二苯基二甲氧基矽烷、苯基三乙氧基矽烷等之烷氧基矽烷類、六甲基二矽氮烷、N,N’-雙(三甲基矽烷基)脲、二甲基三甲基矽烷基胺及三甲基矽烷基咪唑等之矽氮烷類、乙烯基三氯矽烷、γ-胺基丙基三乙氧基矽烷、γ-甲基丙烯氧基丙基三乙氧基矽烷、γ-環氧丙氧基丙基三乙氧基矽烷、γ-(N-哌啶基)丙基三乙氧基矽烷等之矽烷類、苯并三唑、苯并咪唑、吲唑、咪唑、2-巰基苯并咪唑、2-巰基苯并噻唑、2-巰基苯并噻唑、尿唑、硫尿嘧啶、巰基咪唑及巰基嘧啶等之雜環狀化合物,及1,1-二甲基脲、1,3-二甲基脲等之尿素或硫基尿素化合物等。又,可以此等之1種或2種以上之組合作為(F)成分用。
密合促進劑可使用市售之化合物。例如可使用易取得之市售稱為矽烷偶合劑之物。該類商品之具體例如,東雷島(股)製之Z-6011、6020、6023、6026、6050、6094、6610、6883、6675、6676、6040、6041、6042、6043、6044、6920、6940、6075、6172、6300、6519、6550、6825、6030、6033、6530、6062、6911或6860、信越化學工業(股)製之KBM-1003、KBE-1003、KBM-303、KBM-403、KBE-402、KBE-403、KBM-1403、KBM-502、KBM-503、KBE-502、KBE-503、KBM-5103、KBM-602、KBM-603、KBE-603、KBM-903、KBE-9103、KBM-573、KBM-575、KBM-6123或KBE-585、MOMENTIVE公司製之A-151、A-171、A-172、A-2171、Y-9936、A-174、A-186、A-187、A-1871、A-189、A-1891、A-1100、A-1110、A-1120、A-2120、Y-9669或A-1160等。
本發明之實施形態之熱硬化性樹脂組成物中,(F)成分之添加量相對於(A)成分100質量份一般為20質量份以下,較佳為0.01至10質量份,更佳為0.5至10質量份。超過20質量份時會降低塗膜之耐熱性,未達0.01質量份時將無法得到充分之密合促進劑之效果。
<(G)成分>
本發明之實施形態之熱硬化性樹脂組成物可含有(G)成分為表面活性劑。藉由使用表面活性劑,可提升熱硬化性樹脂組成物之塗布性。(G)成分可單獨或2種以上組合使用。
本發明之實施形態之(G)成分的表面活性劑於無損本發明之效果之範圍內無特別限制。例如,氟系表面活性劑、聚矽氧烷系表面活性劑及非離子系表面活性劑等。此種表面活性劑如,易由住友3M(股)、DIC(股)(舊大日本油墨化學工業(股))或旭硝子(股)等取得。其具體例如,耶佛特[登記商標]EF301、同EF303、同EF352(以上為三菱麻鐵里電子化成(股)(舊特肯姆(股))製)、美凱范[登記商標]R30、同R08、同R90、同BL20、同R61、同F171、同F173、同F471、同F475、同F479、同F474、同F477、同F480、同F482、同F483、同F484(以上為DIC(股)(舊大日本油墨化學工業(股))製)、佛洛拉FC430、FC431(以上為住友3M(股)製)、艾薩西[登記商標]AG710、薩佛隆[登記商標]S-382、SC101、SC102、SC103、SC104、SC105、SC106(以上為旭硝子(股)製)等之氟系表面活性劑。
本發明之實施形態之熱硬化性樹脂組成物使用(G)成分之表面活性劑時,其含量於熱硬化性樹脂組成物100質量份中,一般為1.0質量份以下,較佳為0.5質量份以下。(G)成分之表面活性劑之使用量設定為超過1.0質量份時,將無法得到對應含量增加所期待之塗布性之改良效果。即,無法成為有效率之使用方法。
<其他成分>
本發明之實施形態之熱硬化性樹脂組成物如上述可含有(F)成分及(G)成分,但無損本發明之效果下,必要時可另含有其他成分。其他成分如,液流調整劑、顏料、染料、保存安定劑、消泡劑或多價苯酚及多價羧酸等之溶解促進劑等之添加劑。
<熱硬化性樹脂組成物>
本發明之實施形態之熱硬化性樹脂組成物為,
(A)成分用之持有末端具有不飽和鍵之支鏈之丙烯酸基聚合物,與
(B)成分用之酸或熱酸發生劑,與
(C)成分用之矽倍半氧烷,與
(D)成分用之具有2個以上直接鍵結於苯環之乙烯基之化合物,溶解於
(E)成分之溶劑而構成之物。
該熱硬化性樹脂組成物另可各自依所希望含有
(F)成分用之密合促進劑、
(G)成分用之表面活性劑
及其他成分用之上述添加劑中1種以上。
本發明之實施形態之熱硬化性樹脂組成物較佳如下述。
[1]基於(A)成分100質量份含有0.1至30質量份之(B)成分、5至100質量份之(C)成分、1至50質量份之(D)成分,將此為溶解於(E)成分之溶劑而得之熱硬化性樹脂組成物。
[2]上述[1]之組成物中,基於(A)成分100質量份另含有0.5至10質量份之(F)成分之熱硬化性樹脂組成物。
[3]上述[1]或[2]之組成物中,另含有相對於熱硬化性樹脂組成物100質量份為0.5質量份以下之(G)成分之熱硬化性樹脂組成物。
本發明之實施形態之熱硬化性樹脂組成物中,固體成分之比例可為,各成分能均勻溶解於溶劑下無特別限定。例如可1至80質量%,或如5至60質量%,或10至50質量%。此時之固體成分係指,自熱硬化性樹脂組成物之全部成分去除成分(E)之溶劑之物。
本發明之實施形態之熱硬化性樹脂組成物的調製方法無特別限定。一例如,將(A)成分(丙烯酸基聚合物)溶解於(E)成分之溶劑後,該溶液中以一定比例混合(B)成分(酸或熱酸發生劑)、(C)成分(矽倍半氧烷)、(D)成分(具有2個以上直接鍵結於苯環之乙烯基之化合物),形成溶液之方法。又如,於該調製法之適當階段中,必要時另添加混合(F)成分(密合促進劑)、(G)成分(表面活性劑)及其他成分之調製方法。
調製本發明之實施形態之熱硬化性樹脂組成物時,可直接使用(E)成分之溶劑中由聚合反應而得之特定共聚物溶液,此時該(A)成分之溶液同上述投入(B)成分、(C)成分、(D)成分等形成均勻溶液時,為了調整濃度可另追加投入(E)成分之溶劑。此時形成特定共聚物之過程所使用的(E)成分之溶劑,與調製熱硬化性樹脂組成物時調整濃度用之(E)成分之溶劑可相同或相異。
由此調製之溶液狀態之熱硬化性樹脂組成物較佳為,使用孔徑0.2μm之過濾器等過濾後再使用。
<塗膜及硬化膜>
其次將說明使用本發明之實施形態之熱硬化性樹脂組成物形成塗膜,其後熱硬化得硬化膜之方法。
首先準備矽基板或氮化矽基板等之半導體基板。又,可以玻璃基板或石英基板等取代半導體基板。另外基板上可形成二氧化矽膜、ITO(Indium Tin Oxide)膜或鋁、鉬或鉻等之金屬膜。
利用回轉塗布、流動塗布、輥塗布、縫隙塗布、縫隙後回轉塗布或噴墨塗布等將本發明之實施形態之熱硬化性樹脂組成物塗布於準備之半導體基板上。其次以熱板或烤箱等預備乾燥,可形成塗膜。其後加熱處理該塗膜。加熱條件如,採用自溫度70至160℃、時間0.3至60分鐘之範圍中適當選擇之加熱溫度及加熱時間。加熱溫度及加熱時間較佳為80至140℃下0.5至10分鐘。
相對於上述所得之膜進行熱硬化用之後熱。具體為,使用熱板或烤箱等加熱,得具有優良耐熱性、透明性、平坦化性、低吸水性及耐藥品性等之硬化膜。後熱一般係採用,以溫度140至250℃之範圍中所選出之加熱溫度,於熱板上時處理5至30分鐘,於烤箱中時處理30至90分鐘之方法。
藉由後熱而得之硬化膜具有,高硬度下耐熱性及溶劑耐性優良,且透明性高之特徵。因此適用為液晶顯示器、有機EL顯示器中各種膜,例如層間絕緣膜、保護膜、絕緣膜等。又,適用於TFT型液晶元件之數組平坦膜等之用途。
[實施例]
下面將舉實施例更詳細說明本發明,但本發明非限定於此等實施例。
[實施例所使用之代號]
下面為實施例所使用之代號之意義。
AA:丙烯酸
MAA:甲基丙烯酸
MMA:甲基甲基丙烯酸酯
GMA:縮水甘油基甲基丙烯酸酯
DCPM:二環戊烷基甲基丙烯酸酯
BTEAC:苄基三乙基銨氯化物
THPA:1,2,3,6-四氫酞酸酐
ACSQ:丙烯醯基修飾矽倍半氧烷
MACSQ:甲基丙烯醯基修飾矽倍半氧烷
PTSA:p-甲苯磺酸
DVB:二乙烯基苯(異構體混合物)
AIBN:偶氮雙異丁腈
TAG1:2-甲基-α-[5-[[(丙基磺醯)氧基]亞胺基]-(5H)-2-亞噻吩基]苯乙腈
PGMEA:丙二醇單甲基醚乙酸酯
NMP:甲基吡咯烷酮
R30:DIC(股)(舊大日本油墨化學工業(股))製美凱范R-30(商品名)
[測定數平均分子量及重量平均分子量]
使用日本分光(股)製GPC裝置(Shodex(登記商標)管柱KF803L及KF804L),以流量1mL/分使溶出溶劑四氫呋喃流動於管柱中(管柱溫度40℃)進行溶離之條件,測定下述合成例所得之特定共聚物及特定交聯物之數平均分子量及重量平均分子量。又,下述之數平均分子量(以下稱為Mn)及重量平均分子量(以下稱為Mw)係以聚苯乙烯換算值表示。
<合成例1>
構成共聚物之單體成分係使用GMA(40.0g)及DCPM(40.0g),自由基聚合引發劑係使用AIBN(2g),於溶劑PGMEA(120g)中使此等聚合反應,得Mw為6,300、Mw為10,600之共聚物溶液(共聚物濃度:40質量%)(P1)。又,聚合溫度調整為60至100℃。
<合成例2>
將AA(20.0g)、BTEAC(1.1g)及PGMEA(31.7g)加入上述共聚物(P1)200g中進行反應,得Mn為7,300、Mw為13,600之(A)成分(特定共聚物)之溶液(特定共聚物濃度:40質量%)(P2)。又,反應溫度調整為90至120℃。
<合成例3>
將THPA(42.8g)及PGMEA(107g)加入上述特定共聚物溶液(P2)252.8g進行反應,得(A)成分之溶液之Mn 7,900、Mw 13,600之(A)成分(特定共聚物)之溶液(特定共聚物濃度:40質量%)(P3)。又,反應溫度調整為80至100℃。
<合成例4>
構成共聚物之單體成分係使用MAA(40.0g)及DCPM(40.0g),自由基聚合引發劑係使用AIBN(2g),於溶劑PGMEA(120g)中使此等聚合反應,得Mn為5,100、Mw為9,800之共聚物溶液(共聚物濃度:40質量%)(P4)。又,聚合溫度調整為60℃至100℃。
<合成例5>
將GMA(33.0g)、BTEAC(1.1g)及PGMEA(49.5g)加入上述共聚物(P4)200g中進行反應,得Mn為6,500、Mw為12,900之(A)成分(特定共聚物)之溶液(特定共聚物濃度:40質量%)(P5)。又,反應溫度調整為90至120℃。
<實施例1至5及比較例1至4>
依下述表1所示之組成,於(A)成分之溶液中以一定比例混合(B)成分及(C)成分,以及(D)成分、(E)成分及(G)成分後,室溫下攪拌3小時形成均勻溶液,調製各實施例及各比較例之熱硬化性樹脂組成物。
所得實施例1至5及比較例1至4之各熱硬化性樹脂組成物於預熱後,各自測定塗膜之有無壓痕、硬化膜之鉛筆硬度、透光率及溶劑耐性,進行評估。
[評估有無壓痕]
使用旋塗機將熱硬化性樹脂組成物塗布於矽晶片上,置於熱板上以溫度100℃預熱120秒後,形成膜厚2.0μm之塗膜。以鑷子碰觸該塗膜之表面後,以無鑷子痕跡之物為○,有痕跡之物為×。
[評估鉛筆硬度]
使用旋塗機將熱硬化性樹脂組成物塗布於矽晶片上,置於熱板上以溫度100℃預熱120秒後,形成膜厚2.0μm之塗膜。以180℃下30分鐘及230℃下30分鐘之條件加熱該塗膜進行後熱,形成膜厚1.8μm之硬化膜。以荷重500g下各塗膜表面完全無傷痕時所使用之鉛筆硬度作為鉛筆硬度。
[評估透光率]
使用旋塗機將熱硬化性樹脂組成物塗布於石英基板上,置於熱板上以溫度100℃預熱120秒後,形成膜厚2.0μm之塗膜。使用佳能(股)製之紫外線照射裝置PLA-600FA,365nm下以光強度為5.5mW/cm2之紫外線照射該塗膜90秒。將該膜置於熱板上以溫度230℃後熱30分鐘,形成硬化膜。使用紫外線可視分光光度計(島津製作所(股)製SIMADSU UV-2550型號)測定該硬化膜之400nm波長之透光率。
[評估溶劑耐性]
使用旋塗機將熱硬化性樹脂組成物塗布於矽晶片上,置於熱板上以溫度100℃預熱120秒後,形成膜厚2.0μm之塗膜。以180℃加熱該塗膜30分鐘進行後熱,形成膜厚1.8μm之硬化膜。將該塗膜置於NMP中室溫下浸漬1分鐘後,以浸漬前後無膜厚變化之物為○,出現膜厚減少之物為×。
[評估結果]
以上之評估結果如下述表2所示。
由表2所示結果得知,實施例1至5之熱硬化性樹脂組成物於預熱後均無壓痕。又,180℃硬化後之鉛筆硬度較高為3H以上,且透光率及溶劑耐性無問題。
另外比較例1之鉛筆硬度較低為B。比較例2於預熱後會出現壓痕,故無法進行其後評估。又,比較例3之鉛筆硬度較低為B,且無溶劑耐性。比較例4之透光率及溶劑耐性雖良好,但180℃硬化後之鉛筆硬度較低為2H。
產業上利用可能性
本發明之熱硬化性樹脂組成物適用為,薄膜電晶體(TFT)型液晶顯示元件或備有有機EL元件之顯示裝置中形成保護膜、平坦化膜、絕緣膜等之材料,特別適用於設有觸控面板之顯示裝置及使用樹脂基板之顯示裝置。例如適用為,形成TFT型液晶元件之層間絕緣膜、彩色濾光器之保護膜、數組平坦化膜、靜電容量式觸控面板之層間絕緣膜、有機EL元件之絕緣膜等之材料。

Claims (6)

  1. 一種熱硬化性樹脂組成物,其特徵為含有持有末端具有不飽和鍵之支鏈之丙烯酸基聚合物,與酸或熱酸發生劑,與由丙烯醯基修飾之矽倍半氧烷及甲基丙烯醯基修飾之矽倍半氧烷中選出之矽倍半氧烷,與具有2個以上直接鍵結於苯環之乙烯基之化合物,與溶劑。
  2. 如申請專利範圍第1項之熱硬化性樹脂組成物,其中前述丙烯酸基聚合物為,支鏈之末端為丙烯醯基、甲基丙烯醯基、乙烯基苯基或異丙烯基苯基。
  3. 如申請專利範圍第1項之熱硬化性樹脂組成物,其中相對於前述丙烯酸基聚合物100質量份含有0.1至30質量份之前述酸或熱酸發生劑。
  4. 如申請專利範圍第1項之熱硬化性樹脂組成物,其中相對於前述丙烯酸基聚合物100質量份含有5至100質量份之前述矽倍半氧烷。
  5. 如申請專利範圍第1項之熱硬化性樹脂組成物,其中相對於前述丙烯酸基聚合物100質量份,含有1至50質量份之前述具有2個以上直接鍵結於苯環之乙烯基之化合物。
  6. 一種顯示裝置,其特徵為具有,將如申請專利範圍第1至5項中任何一項之熱硬化性樹脂組成物硬化而得之膜。
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